Materiales conductores y aislantes

Los materiales conductores y aislantes se clasifican según su comportamiento con respecto a la electricidad. Los hay que son capaces de conducir la electricidad y otros que, por el contrario, no lo pueden hacer. Estos materiales tienen características diferentes y se emplean en distintos sectores de la industria y el hogar.

En este artículo vamos a contarte todo lo que necesita saber sobre los materiales conductores y aislantes y para qué sirven cada uno de ellos.

Materiales conductores y aislantes

Los materiales se pueden dividir en dos grandes categorías: conductores y aislantes. Sería más correcto definirlos como buenos conductores y malos conductores, según cada material facilite o dificulte la conducción. Esta división afecta la conductividad térmica (es decir, la transferencia de calor) o la conductividad eléctrica (es decir, el flujo de corriente).

Que una sustancia conduzca o no la electricidad depende de la facilidad con la que los electrones puedan atravesarla. Los protones no se mueven porque, aunque llevan carga eléctrica, se enlazan con otros protones y neutrones en el núcleo. Los electrones de valencia son como exoplanetas que orbitan estrellas. Se sienten lo suficientemente atraídos como para permanecer en su lugar, pero no siempre se necesita mucha energía para sacarlos de su lugar.

Los metales pierden y ganan electrones con facilidad, por lo que gobiernan la lista de conductores. Las moléculas orgánicas son en su mayoría aislantes, en parte porque se mantienen unidas por enlaces covalentes (electrones comunes), pero también porque los enlaces de hidrógeno ayudan a estabilizar muchas moléculas. La mayoría de los materiales no son ni buenos conductores ni buenos aislantes. No conducen la electricidad fácilmente, pero con suficiente energía, los electrones se mueven.

Algunos materiales aislantes se encuentran en estado puro, pero se comportan o reaccionan si están dopados con pequeñas cantidades de otro elemento o si contienen impurezas. Por ejemplo, la mayoría de las cerámicas son excelentes aislantes, pero si las modificas, puedes obtener superconductores. El agua pura es un aislante, pero el agua sucia es menos conductora, mientras que el agua salada con iones que flotan libremente conduce bien.

¿Qué es un material conductor?

Los conductores son aquellos materiales que permiten que los electrones fluyan libremente entre las partículas. Los objetos hechos de materiales conductores permitirán la transferencia de carga a través de toda la superficie del objeto. Si se transfiere una carga a un objeto en un lugar determinado, se distribuye rápidamente por toda la superficie del objeto.

La distribución de carga es el resultado del movimiento de electrones. Los materiales conductores permiten que los electrones sean transportados de una partícula a otra porque un objeto cargado siempre distribuirá su carga hasta que se minimice la fuerza de repulsión general entre el exceso de electrones. De esta forma, si un conductor cargado entra en contacto con otro objeto, el conductor puede incluso transferir su carga a ese objeto.

Es más probable que ocurra transferencia de carga entre objetos si el segundo objeto está hecho de material conductor. Los conductores permiten la transferencia de carga a través del libre movimiento de electrones.

¿Qué es un material semiconductor?

Entre los materiales conductores encontramos materiales que tienen la misma función pero que también pueden actuar como aislantes, aunque esto depende de varios factores. Estos factores son:

• campo eléctrico
• campo magnético
• presión
• radiación incidente
• la temperatura de tu entorno

Los materiales semiconductores más utilizados son el silicio, el germanio y solo recientemente se ha utilizado azufre como material semiconductor.

¿Qué es un material superconductor?

Este material es fascinante porque tiene la capacidad inherente de que el material debe conducir la corriente eléctrica, pero con las condiciones adecuadas, sin resistencia ni pérdida de energía.

En general, la resistividad de los conductores metálicos disminuye al disminuir la temperatura. Cuando se alcanza una temperatura crítica, la resistencia del superconductor hace que baje drásticamente, pero asegura que la energía del interior continúe fluyendo, aunque sin potencia. Se crea superconductividad.

Ocurre en una amplia variedad de materiales, incluidas aleaciones simples como el estaño o el aluminio que no presentan resistencia eléctrica, por lo que evita que el material entre en su dominio. Que es el efecto Meissner, permite que el material sea repelido, manteniéndolo a flote.

Qué es un material aislante

A diferencia de los conductores, los aislantes son materiales que impiden el libre flujo de electrones de átomo a átomo y de molécula a molécula. Si la carga se transfiere al aislador en un lugar determinado, el exceso de carga permanecerá en la ubicación original de la carga. Las partículas aislantes no permiten el libre flujo de electrones, por lo que la carga rara vez se distribuye uniformemente sobre la superficie del material aislante.

Si bien los aisladores no son útiles para la transferencia de carga, juegan un papel vital en los experimentos y demostraciones electrostáticas. Los objetos conductores generalmente se montan sobre objetos aislantes. Esta disposición de los conductores encima del aislador evita la transferencia de carga del objeto conductor a su entorno, evitando accidentes como cortocircuitos o electrocución. Esta disposición nos permite manipular el objeto conductor sin tocarlo.

Entonces podemos decir que el material aislante actúa como un asa para el conductor en la parte superior de la mesa de laboratorio móvil. Por ejemplo, si se usa una lata de refresco de aluminio para cargar los experimentos, la lata debe montarse encima del vaso de plástico. El vidrio actúa como aislante, evitando que la lata de refresco se descargue.

Ejemplos de materiales conductores y aislantes

Entre los ejemplos de materiales conductores tenemos los siguientes:

• plata
• cobre
• oro
• aluminio
• hierro
• acero
• latón
• bronce
• mercurio
• grafito
• agua de mar
• hormigón

Entre los ejemplos de los materiales aislantes tenemos los siguientes:

• vasos
• caucho
• petróleo
• asfalto
• fibra de vidrio
• porcelana
• cerámico
• cuarzo
• algodón (seco)
• papel (seco)
• madera (seca)
• el plastico
• aire
• diamantes
• agua pura
• goma de borrar

La división de materiales en las categorías de conductores y aislantes es algo así como una división artificial. Es más apropiado colocar el material en algún lugar a lo largo del continuo.

Debe entenderse que no todos los materiales conductores tienen la misma conductividad, y no todos los aislantes son igualmente resistentes al movimiento de los electrones. La conductividad es análoga a la transparencia de algunos materiales a la luz: los materiales que «pasan» fácilmente la luz se llaman «transparentes», mientras que los que no «pasan» fácilmente se llaman «opacos». Sin embargo, no todos los materiales transparentes tienen la misma conductividad óptica. Lo mismo ocurre con los conductores eléctricos, algunos son mejores que otros.

Los de alta conductividad, conocidos como superconductores, se colocan en un extremo y los materiales de menor conductividad se colocan en el otro extremo. Como se puede ver arriba, el metal se colocará cerca del extremo más conductor, mientras que el vidrio se colocará en el otro extremo del continuo. La conductividad de los metales puede ser un billón de billones de veces la del vidrio.

La temperatura también afecta la conductividad. A medida que aumenta la temperatura, los átomos y los electrones ganan energía. Algunos aislantes, como el vidrio, son malos conductores cuando están fríos, pero siguen siendo buenos conductores cuando están calientes. La mayoría de los metales son mejores conductores. Permiten refrigeración y peores conductores cuando están calientes. Se han encontrado algunos buenos conductores en superconductores a temperaturas muy bajas.

Espero que con esta información puedan conocer más sobre los materiales conductores y aislantes.